СпискиВсё, что нужно знать о GPS

Текст
Анна Савина

 14 мая стало известно, что Россия собирается закрыть станции GPS, расположенные на её территории, потому что США отказались размещать станции конкурирующей системы ГЛОНАСС. Мы разобрались, как GPS стала главной навигационной системой в мире.

Как работает GPS?

GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования) — это спутниковая система навигации, которая позволяет измерять расстояние, время и определять местоположениe во всемирной системе координат. Почти каждый современный смартфон или планшет оборудован GPS-приёмником, работающим независимо от приёма сотовой связи, интернета, погодных и прочих условий. Этот датчик соединяется с системой, которая в настоящее время состоит из 24 основных спутников (они обеспечивают связь 95 % времени) и нескольких вспомогательных. Кроме того, система GPS включает наземные станции (главная находится на авиабазе ВВС США Schriever в США) и собственно GPS-приёмники, которые встроены в навигаторы, смартфоны и планшеты.

Каждый спутник системы непрерывно генерирует радиосигналы, по временной задержке которых можно вычислить расстояние до него (атомные часы на спутниках и приёмниках синхронизированы с высокой точностью). Таким образом, GPS-приёмник в телефоне ориентируется на то, как далеко от него находятся несколько спутников, расположение которых считается известным. Для определения трёхмерных координат приёмника привлекаются минимум четыре спутника, после чего он ищет точку пересечения соответствующих сфер.

Могут ли российские политики отключить GPS во всей стране?

Нет, потому что крупные сервисы (например, «Яндекс.Карты») получают данные напрямую со спутников GPS, и корректировочные станции, которые находятся на территории России, им просто не нужны — об этом заявили представители компании в комментарии для РБК. Самое страшное, что может случиться — это небольшое ухудшение точности в GPS-навигаторе. Но когда они работали точно?

Правда ли, что советский спутник помог создать GPS?

Ну, почти. 4 октября 1957 года учёные Массачусетского технологического института заметили, что частота радиосигнала, исходящего от советского спутника, запущенного в тот день, увеличивалась, когда он приближался, и снижалась, когда он отдалялся, что было следствием эффекта Доплера. Ричард Кершнер, наблюдавший за спутником из MIT, понял, что местоположение спутника можно определить с Земли, измеряя частоту передаваемых им сигналов, и наоборот — расположение приёмника можно было узнать, измерив расстояние до спутника. В 1958 году Кершнер занялся разработкой первой в мире системы спутниковой навигации Transit (или NAVSAT), и в 1964 году она стала работать на американских подводных лодках «Полярис».

Значит, GPS изобрели не только для того, чтобы мы могли найти дачу друзей?

Transit-1-Satellite Prototype

Карт Google, браслетов-трекеров и мобильных телефонов тогда не существовало. Так что, как и советский спутник, технология GPS была орудием холодной войны: США начали разработку этой системы, чтобы запускать ракеты в любую точку на Земле. У США уже была система спутниковой навигации Transit, но она состояла только из 5 спутников, которые не могли обеспечить постоянного покрытия всей земной поверхности. Кроме того, с помощью этой системы можно было узнать только ширину и долготу, и подводникам порой приходилось ждать по несколько часов, чтобы получить сигнал со спутника. Этого было недостаточно для запуска баллистических ракет наземного базирования Minuteman: для того, чтобы точно их направлять, нужно было знать высоту над уровнем моря.

На протяжении 1960-х гг. министерство обороны США разрабатывало более совершенную систему навигации Navstar-GPS (или Navigation System Using Timing and Ranging). В 1974 году запустили первый GPS-спутник Block I, а к 1985 году ещё 11 спутников — всего их должно было быть 24.

Сдаётся мне, что и в обычной войне без этой системы не обошлось

Navstar-2F на орбите

Всё так. Когда в 1990 году в Персидском заливе началась военная операция «Буря в пустыне», на орбиту были запущены уже 15 спутников NAVSTAR, что обеспечивало хорошее покрытие всей земной поверхности на протяжении примерно 19 часов в сутки. В Персидском заливе устройства с GPS помогли американским солдатам лучше планировать атаки: даже если небольшой отряд сталкивался с противником, солдаты могли послать точные координаты врага своему командиру. Кроме того, с помощью GPS можно было проводить масштабные ночные манёвры, которые в прошлом требовали участия множества разведчиков и проводников. GPS также помогала менять план наступления вплоть до его начала и узнавать точное местоположение войск противника.

Как GPS стала технологией для всех?

Magellan NAV 1000

После того, как в 1983 году советский истребитель сбил пассажирский самолёт Korean Airlines, который вошёл в воздушное пространство СССР, президент США Рональд Рейган разрешил всем гражданским самолётам использовать систему GPS, чтобы они могли лучше ориентироваться и не сбивались с пути. Уже в 1985 году правительство заключило контракт с несколькими частными компаниями, которые начали производство GPS-приёмников для самолётов, кораблей и обычных людей. Первым пользовательским GPS-устройством стал Magellan NAV 1000, выпущенный в 1989 году. GPS-навигаторы впервые появились в автомобилях в 1995 году, и сначала ими оснащали только дорогие автомобили. Портативные GPS-приёмники быстро стали популярными среди хитчхайкеров и путешественников — они помогали ориентироваться даже в малонаселённых районах и спасали в сложных ситуациях.

Большой брат следит
за нами через GPS?

Benefon ESC — первый телефон с GPS

В 1990 году по решению правительства США точность гражданских приёмников понизили, чтобы военные противники не могли использовать их в своих целях. В 1999 году компания Benefon выпустила первый телефон с GPS-приёмником, а уже в 2000 году Билл Клинтон отменил намеренное ослабление сигнала для гражданских приёмников. К тому времени производство GPS-устройств подешевело, и на рынке появилось много недорогих навигаторов для автомобилей, которые выпускали компании Tom Tom и Garmin. Теперь каждый мог не потеряться в любой точке Земли (кроме приполярных областей) и найти путь к цели. Правда доверие к системе было подорвано в 2013 году: когда Эдвард Сноуден обнародовал документы АНБ, стало известно, что агентство собирало данные о местоположении миллионов владельцев смартфонов с GPS-приёмниками и об их ежедневных перемещениях. Технология, которая на первый взгляд дарила свободу и массу новых возможностей, стала орудием масштабной слежки.

Кто создаёт альтернативу
системе GPS?

Спутники QZSS в движении

К 1995 году было запущено 24 спутника конкурирующей с GPS российской системы ГЛОНАСС. Именно отказ размещения её станций в США и стал поводом для закрытия американских станций GPS на территории нашей страны. Ещё один конкурент GPS создают страны — члены Евросоюза. В 1999 году стало известно, что они создадут собственную систему спутниковой навигации, которая будет называться Galileo в честь великого итальянского астронома. Ещё одна национальная навигационная система — BeiDou, работающая в Китае с 2000 года. Кроме того, в 2018 году компания Mitsubishi Electric планирует запустить в Японии свою навигационную систему QZSS, которая будет работать вместе с GPS и сможет определять местоположение приёмника с точностью до 1–3 сантиметров: например, это позволит самоуправляемым машинам не сбиваться с полосы.

Россия встанет с колен, ГЛОНАСС будет работать?

В данный момент на орбите находятся 29 космических аппаратов системы ГЛОНАСС — последний спутник успешно запущен 24 марта этого года. В апреле стало известно, что наземные станции ГЛОНАСС, которые важны для повышения точности работы системы, появятся ещё в 36 странах мира. Пока станции работают только в Бразилии и Антарктиде. Сегодня ГЛОНАСС работает не так хорошо, как GPS: в работе системы происходят сбои. Например, 15 апреля этого года на протяжении получаса восемь космических аппаратов показывали неверные координаты — неполадка была связана с переходом на новый контур управления. Ещё одна проблема при развитии ГЛОНАСС — это коррупция. В 2012 году стало известно, что при разработке навигационной системы похитили 6,5 миллиардов рублей, а в 2013-м выяснилось о хищении ещё 85 миллионов рублей. Но всё впереди, в iPhone 4S, к примеру, ГЛОНАСС уже есть.